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DC 모터의 기초지식

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1. DC 모터란?

DC 모터란, 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터이다.
모형 자동차, 무선조정용 장난감 등을 비롯하여 여러 방면에서 가장 널리 사용되고 있는 모터이다.



모형용 DC 모터(RE280)
저가격으로 구동력도
크며 사용하기 쉽다

일반적으로 DC 모터는 회전 제어가 쉽고, 제어용 모터로서 아주 우수한 특성을 가지고 있다고 할 수 있다.
그러면 DC 모터는 어떤 점이 우수한가?
 

2. DC 모터의 특성

DC 모터는 다음과 같은 특징이 있다.

(1) 기동 토크가 크다
(2) 인가전압에 대하여 회전특성이 직선적으로 비례한다
(3) 입력전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 또한 출력 효율이 양호하다
(4) 가격이 저렴하다

제어성의 장점을 실제 특성면에서 보면 아랫 그림과 같이 된다.



(1) T-I 특성(토크 대 전류)
흘린 전류에 대해 깨끗하게 직선적으로 토크가 비례한다. 즉, 큰 힘이 필요한 때는 전류를 많이 흘리면 되는 것이다.

(2) T-N 특성(토크 대 회전수)
토크에 대하여 회전수는 직선적으로 반비례한다.
이것에 의하면 무거운 것을 돌릴 때는 천천히 회전시키게 되고, 이것을 빨리 회전시키기 위해서는 전류를 많이 흘리게 된다.
그리고, 인가전압에 대해서도 비례하며, 그림과 같이 평행하게 이동시킨 그래프로 된다.

이들 2가지 특성은 서로 연동하고 있기 때문에 3가지 요소는 이 그래프에서 관계를 지을 수 있다.
즉, 이들 특성에서 알 수 있는 것은 회전수나 토크를 일정하게 하는 제어를 하려는 경우에는 여하튼 전류를 제어하면 양자를 제어할 수 있다는 것을 나타내고 있다.
이것은 제어회로나 제어방식을 생각할 때, 매우 단순한 회로나 방식으로 할 수 있는 것이다. 이것이 DC 모터는 제어하기 쉽다고 하는 이유이다.
 

3. DC 모터의 결점

DC 모터의 가장 큰 결점으로는 그 구조상 브러시(brush)와 정류자(commutator)에 의한 기계식 접점이 있다는 점이다.
이것에 의한 영향은 전류(轉流)시의 전기불꽃(spark), 회전 소음, 수명이라는 형태로 나타난다.
그리고, 마이크로컴퓨터 제어를 하려는 경우는 "노이즈"가 발생하게 된다. 따라서 이 노이즈 대책이 유일한 과제가 될 수 있다.

이 노이즈 대책을 위해서는 아랫 그림과 같이 각 단자와 케이스 사이에 0.01μF∼0.1μF 정도의 세라믹 콘덴서를 직접 부착한다. 이것으로 정류자에서 발생하는 전기불꽃을 흡수하여 노이즈를 억제할 수 있다.



DC 모터의 노이즈 대책에는 콘덴서를 케이스와 단자간에 직접 부착한다.
콘덴서의 리드는 가급적 짧게 한다.

4. DC 모터의 규격 실례

흔히 일반적으로 사용하는 소형 DC 모터의 대명사라고 할 수 있는 마부치의 모터에 대해 살펴 보기로 한다.
이 모터의 특성은 아래 표와 같이 되어 있다.
선택의 기준은 적정 부하시의 토크와 회전수의 크기이다.
즉, 어느 정도 무게가 있는 것을 얼마나 빠르게 동작시킬 수 있는가 하는 점이 모터를 선택하는데 필수 사항이 될 것이다.

[마부치 DC 모터 규격표]
 마부치 카탈로그에서 발췌

모델명	규정전압		무부하시		최대효율시(적정부하)					기동시(정지시)
	적정	표준	회전수	전류	회전수	전류	토크	토크	출력	토크	토크	전류
	V	V	r/min	A	r/min	A	g·cm	mN·m	W	g·cm	mN·m	A
FA130RA	1.5-3.0	1.5	9100	0.20	7000	0.66	6.0	0.59	0.43	26	2.55	2.20
		3.0	16400	0.23	13200	0.95	8.5	0.83	1.15	44	4.31	3.92
RE140RA	1.5-3.0	1.5	8100	0.21	6100	0.66	6.5	0.64	0.41	28	2.74	2.10
		3.0	14200	0.25	11200	0.98	10	0.98	1.15	53	5.19	3.87
RE260RA	1.5-30	1.5	6300	0.16	5000	0.64	10	0.98	0.51	50	4.90	2.56
		3.0	12300	0.20	10100	0.97	15	1.47	1.55	90	8.82	4.73
RE280RA	1.5-3.0	1.5	4600	0.12	3700	0.53	11	1.08	0.42	62	6.08	2.30
		3.0	9200	0.16	7800	0.85	20	1.96	1.60	130	12.7	4.70
RE280SA	1.5-4.5	3.0	7100	0.16	5900	0.88	26	2.55	1.57	170	16.7	4.80
		4.5	10400	0.19	8900	1.15	34	3.33	3.10	240	23.5	6.90
RS540SH	4.5-12	12	17500	0.95	15100	5.93	325	31.9	50.3	2350	230	37.0

[모터의 선택법]

실제로 모터는 어떻게 선택하면 되는가?
이것은 위의 표 가운데서 토크와 회전수를 기준으로 선택한다.

실제의 선택법에 대해 다음 페이지에서 언급한다.